Способ искрозащиты нелинейных нагрузок и устройство для его реализации

(57)ных нтока ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ С ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Донецкий ордена Трудовго Знамени политехнический(56) 1. Патент Франции йф 12кл. Р 21 В, опублик. 1960.2, Авторское свидетельстУ 702183, кл, Е 21 Р 9/00,3. Авторское свидетельстФ 541037, кл. Е 2 Г 9/00,ОСОБ ИСКРОЗАИИТЪ НЕЛИНЕИНЪХ К И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИСпособ искрозащиты нелинейрузок, основанный на контроле цепи и отключении нагрузки от З 151.Е 21 Р 9/00; Н 02 Н 7/20; источника, при достижении им опред ленной величины, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения искрозащиты нелинейных нагрузок с большими пусковыми токами, пусковому току придают колебательный характер и одновременно ограничивают амплитуду колебаний тока на заданном искробезопасном уровне .2. Устройство для искрозащиты не-линейных нагрузоксодержащее ключевой элемент, соединенный с блоком управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено колебательным контуром, выполненным иэ последовательно соединенных индуктивного и ем- а костного элементов, при этом емкостный элемент подключен параллельно ключевому элементу, один конец индук" тивного элемента подключен к выходу ключевого элемента, а другой конец р является выходом устройства.Изобретение относится к искробеэопасным источникам питания и предназначено для обеспечения искрозащитынелинейных нагрузок, например лампнакаливания рудничных аккумуляторныхсветильников, работающих во взрь воопасных средах.Известен способ искро ашиты рудничных аккумуляторных светильнико:сущность которого заключается в огра Оничении тока короткого замыкания доискробезапасного значенйя за счетискусственного увеличения внутреннего сопротивления источника Я ,Недостатком этого способа являются большие потери энергии на внутреннем сопротивлении источника.Известно устройство для реализации способа, в котором для ограничения тока короткого замыкания аккумуляторные .батареи соединены высокоомнычи перемычками, а нагрузка подключена к батарее через плакий предохранитель Ц ,Недостатком этого устройства явлаются большие потери энерго. на вы"сокоомных перемычках аккумуляторныхбатарей в нормальном режиме работыи при заряде батарей, вследствие чего снижается свет.лой поток лампы ивозрастает время заряда батарей.Известен способ питания энергоемкю. нагрузок, согласно которому контролируют ток в цепи и с помощью индуктивного датчика определяют момент35начала коммутационного разряда в цепи и воздействуют на быстродействующие ключи, установленные со стороныисточника и нагрузки, при этом цепьотключается при достижении током оп"ределенной величины за время, меньшее времени формирования минимального ядра пламени, за счет чего исключается возможность взрыва во взрыво-опасных средах 121,.ФНедостаток известного способа эаключатся в том, что при протеканиив цепи пусковых токов, превышающихноминальные, которые имеют место привключении ламп накапливания, эти то Оки воспринимаются датчиком как начало коммутационного процесса, вследствие чего происходит отключение нагрузки.Известно устройство для реализа"циц известного способа, в которомнагрузка включена последовательно с индуктивным датчиком и ключевым элементом, представляющими собой блок управления, кроме того, источник питания (выпрямитель) шунтирован другим (тиристорным) ключом 3 .При увеличении тока в цепи нагрузки индуктивный датчик через узел искрозащиты отключает последовательный тиристорный ключ и включает параллельный тиристорный ключ, шунтирующий источник на время отключения нагрузки с помощью контактов реле.Однако такое техническое решение не может быть полностью использовано для искроэащиты нелинейных нагрузок из-эа того, что индуктивный датчик вырабатывает сигнал на отключение цепи нагрузки как при увеличении тока в цепи, вызванном коротким замыканием, так и при увеличении тока при включении нелинейной нагрузки (лам ы накаливания), обусловленном вольт-амперной характеристикой нелинейной нагрузки.Кроме того, при обеспечении искрозащиты аккумуляторных светильников нецелесообразно использовать шунтирующие ключи вследствие сокращения срока службы аккумуляторной батареи.Цель изобретения - обеспечение искроэащиты источников питания нели" нейных нагрузок с большими пусковыми токами.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу искрозащиты нелинейных нагрузок, основанному на контроле тока в цепи и отключении нагрузки от источника при достижении кч,определенной величины, пусковому току придают колебательный характер и одновременно ограничивают амплитуду колебаний тока на заданном искробезопасном уровне.Кроме того, устройство для искроэащиты нелинейных нагрузок, содержа" щее ключевой элемент, соединенный с блоком управления, снабжено колебательным контуром, выполненным из последовательно соединенных индуктивного и емкостного элементов, при этом емкостцый элемент подключен параллельно ключевому элементу, один конец индуктивного элемента подключен к выходу ключевого элемента, а другой конец является выходом устройства.На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема этого устройстваУстройство для реализации способа содержит источник 1 питания, ключевой элемент (ключ) 2, соединенный последовательно с источником 1 питания, блок 3 управления, вход которого 5 подсоединен параллельно ключевому элементу 2, а выход подсоединен к управляющей цепи ключа 2, колебательный контур 4, обеспечивающий колебательный характер пускового тока на грузки, включенный последовательно с ключевым элементом 2 и нелинейной нагрузкой 5, и выключатель 6 нагруз" ки, замыкающий цепь питания нагрузки. В качестве ключевого элемента 2 ис пользуется насыщенный транзистор.Блок 3 управления состоит иэ усилителя 7 постоянного тока, на вход которого подается падение напряжения на ключе 2, и триггера 8 Шмитта, вход 26 которого подключен к выходу усилителя 7 постоянного тока, а выход - к управляющей цепи ключа 2. Колебательньй контур 4, обеспечивающий колебательный характер пускового тока, сос тоит из индуктивного элемента (индук" тивности) 9, включенного последовательно с нагрузкой 5, и емкостного элемента (конденсатора) 10, подключенного параллельно ключу 2. 36Усилитель 7 постоянного тока выполнен на транзисторе 11 и включает в себя резистор 12. Триггер 8 Шмитта включает в себя транзистор 13 и резистор 14.Сущность способа заключается в следующем.В статическом режиме блок 3 управления ключом при увеличении тока в цепи нагрузки до определенной величины 3 =(1,2-1,5) 3 н, переводит ключ 2 в выключенное состояние и тем самым отключает нагрузку 5 от источника 1 питания. При первоначальном включении нагрузкИ, когда в цепи дей ствует пусковой ток, значительно пре" вышающий номинальный, колебательный контур 4 изменяет характер пускового тока: он придает ему. колебательньй характер, причем мгновенное значение тока меняется в пределах от нуля до ранее определенного значения. Колебательиый контур 4 поддерживает такой хараивер тока в течение переходного процесса в нагрузке 5, например разогрева нити накаливания лампы светильника. По окончании переходного процесса колебания в цепи срываются и схема переходиз н статический режим работь 1, тогда колсбательный контур 4 не оказывает на работу схемы ни.;акого влияния,Пример устройства для реаниэации приведенного способа и принцип его Функционирования. При включении выключателя 6 нагрузка 5 (лампа накаливания Р 3,75- 1+0,5, О =3,75 В; 1 = 1 А) находится в холодном состоянии и ее сопротивление минимально (1= 0,400 м). Колебательный кон 1 ур, образованный индуктивностью 9 (Ь=20 мкГн. Я =40), конденсатором 10 (С=0,047 мкф) и активным сопротивлением нагрузки 5, является нагрузкой ключа 2, выполненного на транзисторе типа КТ 837 К, напряжение насыщения которого составляет О, 1-0,15 В прн . =1 А, и имеет добротность, достаточную для возникнове-, ния в замкнутой цепи (ключ 2 - усилитель, 7 постоянного тока - триггер 8 Шмитта) колебаниИ, поэтому пусковой ток носит колебательный характер.Частота колебаний составляет примерно 130 кГц. Мгновенное значение пускового тока не превышает ранее укаэанного значения Зс =1,5 А, так как при достижении этого, значения напряжение на транзисторе 2 увеличивается до такой величины, при которой выходное напряжение усилителя 7 постоянного тока, выполненного на транзисторе типа ГТ 108 А, устанавливает триггер Шмитта в такое сос 1 ояние, когда транзистор 13 закрыт, и, следовательно, ключ 2 также закрыт, Но вследствие высокой добротности контура 5, 9 и 10 напряжение на транзисторе 2 носит колебательный характер, и поэтому при уменьшении напряжения на нем, а следовательно, и на выходе усилителя 7 постоянного тока, триггер Шмитта 8 возвратится в исходное состояние, когда транзистор 13, а следовательно, и ключ 2 открыт. Такой характер пускового тока имеет место до тех пор, пока добротность контура 5, 9 и 10 за счет увеличения сопротивления нагрузки 5 по мере разогрева В 0=3,75 Ом) не уменьшится до такой величины, при которой колебания в цеи сорвутся и схема перейдет в статический режим, при котором транзистор 2 открыт и через нагрузку 5 протекает рабочий ток. Насыщенное состояние транзистора 2 обеспечивает11 О 4 ЗО 2 ИШИПИ Заказ 517 Тираж 427 одписное е ул,Проектаав ся при токе базы ие менее 25 мА, который устанавливается резистором 14,Для защиты от токов короткого замыкания при повреждении шнура светильника индуктивность 9 располагают 5 на выходе линии питания, например в фаре светильника. При достижении током значения 3 щ 1,5 А (величинаЗс регУлируется резистором 12), нагрузка отключается ключом 2 от источ ника за 2 мкс. При этом, если короткое замыкание в шнуре светильника происходит в момент включения, то индук. тивность 9 оказывается зашунтирован-, ной, колебания в цепи срываются и схе 15 ма отключает нагрузку от источника.Для повторного включения схемы необходимо устранить причину, вызвавшую увеличение тока в цепи, разомкнуть цепь выключателем 6 для того, 20 чтобы падение напряжения на транзисторе 2 уменьшилось до нуля, и только нлмал ШШ ефПатентффг.У тогда блок 3 управления ключом переведет транзистор 13 в открытое состояние. Схема готова к включению,Наличие колебательного контура, обеспечивающего колебательный характер пускового тока, позволяет исключить срабатывание узла искрозащиты при действии в цепи пусковых токов, значительно превышающих номинальные, и, следовательно, применить искроэащиту при питании нелинейных нагрузок, например, в рудничных аккумуляторных светильниках.В результате обеспечения рудничных светильников искрозащитой будет исключена возможность взрыва в опасных средам вследствие искрения в шнуре светильника в аварийных режимах. Кроме того, -наличие искрозащиты позволяет увеличить мощность лампы светильника, что улучшит условия труда во взрывоопасных средам, 1